靜態結構分析的案例
梁模擬 – 靜態結構分析 ￥10
本項目對一根定制設計的工字梁進行靜態結構分析，該梁使用 SolidWorks Simulation 進行建模和仿真。該梁由普通碳鋼制成，承受中心點載荷。本研究評估了該梁在彎曲作用下的結構性能，并根據馮·米塞斯應力準則確定了其安全系數 (FOS)。
項目詳情：
軟件：SolidWorks 2024（模擬插件）
分析類型：靜態結構
目的：教育和演示
材料：普通碳鋼
屈服強度：220.6 MPa
施加載荷：70,000 N（梁中心）
梁長度：1200 mm
橫截面：自定義 I 型截面（根據模型草圖）
?? 關鍵模擬輸出：
? 最大 von Mises 應力：82.46 MPa?
安全系數：2.67?
結論：在給定的載荷條件下，設計在結構上是安全的
? 撓度：在可接受的范圍內（中心約為 1.28 毫米）
此模擬僅用于教育目的，以在 SolidWorks 中演示梁理論、應力分析和設計驗證。
展開 ARCAN 試樣靜態裂紋擴展分析 - ANSYS Workbench ￥3
本教程包括 ARCAN 樣本的逐步靜態裂紋擴展分析。
步驟 1：概述
在復雜的飛機結構中，裂紋擴展很少以耐久性和損傷容限分析 (DADTA) 中假設的理想方式擴展。通常，施加的載荷并不垂直于裂紋成核特征和隨后的裂紋擴展。這種情況稱為混合型裂紋擴展，或更籠統地說，三維 (3D) 裂紋擴展。大多數 DADTA 僅假設 I 型載荷；因此，工程判斷用于估計理想模型中存在的誤差量。需要更好地了解混合型疲勞裂紋擴展，以設計更好的裂紋預測模型。在混合型疲勞裂紋擴展領域發表的研究成果很少，阻礙了更新、更準確的 DADTA 的開發。
第 2 步：設置
在 ANSYS Workbench 主菜單上拖放靜態結構分析：
步驟3：工程數據（材料模型）
本教程選定的材料是“SAE 1020 碳鋼”。
材料模型由各向同性彈性、拉伸屈服強度和拉伸極限強度組成。
步驟 4：幾何（SpaceClaim 模型）
在 SpaceClaim 上創建的厚度為 1.01 毫米的 ARCAN 樣本的尺寸如下所示：
步驟 5：定義裂縫（命名選擇）
在定義裂紋前沿和裂紋表面時，下圖中可見的邊緣和表面被用作命名選擇：
步驟 6：定義裂紋（預網格裂紋和 SMART 裂紋擴展）
利用上一步創建的命名選擇，“預網格裂紋”定義如下：
具有靜態裂紋擴展選項和 600 MPA.mm ^ (0.5) 應力強度因子的“SMART 裂紋擴展”已通過預網格裂紋定義：
步驟 7：網格操作
已實施“面片符合方法”和“裂紋前沿細化”的默認網格操作。
展開 探索結構工程中的線性靜態分析與非線性分析
在結構工程領域，線性靜態分析和非線性分析是兩種常用的分析方法，用于研究和評估結構在受力情況下的行為和性能。本文將詳細介紹這兩種分析方法的基本概念、適用范圍、計算方法以及在實際工程中的應用。
1. 線性靜態分析
1.1 基本概念
線性靜態分析是基于線性彈性理論的一種分析方法。它假設結構的材料行為是線性的，即應力與應變之間存在線性關系；同時假設加載是靜態的，即載荷是恒定的且不隨時間變化。
1.2 適用范圍
線性靜態分析適用于小變形、小位移的結構，例如剛度相對較高、加載相對較小的情況。它通常用于進行結構的初步設計和評估。
1.3 計算方法
線性靜態分析采用有限元、有限差分、有限體積等數值方法進行計算。通過求解線性方程組，可以得到結構在靜態加載下的位移、應力等信息。
2. 非線性分析
2.1 基本概念
非線性分析考慮了結構在加載過程中可能出現的非線性行為，例如材料的非線性、幾何的非線性、邊界條件的非線性等。這些非線性因素可以包括材料的塑性變形、接觸問題、大變形、非線性材料性質等。
2.2 適用范圍
非線性分析適用于大變形、大位移、非線性材料行為等情況。它通常用于處理地震分析、塑性分析、非線性接觸問題等復雜情況。
2.3 計算方法
非線性分析需要采用更復雜的數值方法，例如增量法、有限元法中的非線性材料模型、非線性接觸模型等。這些方法考慮了結構在加載過程中的非線性響應，可以更準確地描述結構的行為。
3. 實際應用
線性靜態分析常用于進行結構的初步設計和評估，例如建筑物的靜力分析、橋梁的強度評估等；而非線性分析則常用于處理復雜情況，例如地震工程中的地震響應分析、大變形問題的研究等。
展開 Ansys案例研究 | 無人機葉片靜態分析
概述
玩具無人機需要在現場承受各種載荷（如有效載荷、推力等）時保持結構完整性。仿真有助于檢查設計是否存在任何結構限制。在本例中，我們將研究無人機葉片在壓力載荷下的結構完整性。
目標
觀察無人機葉片在壓力載荷下的變形和應力。
步驟
1. 打開 Ansys Workbench，創建一個"靜態結構分析"系統。
2. 定義材料屬性。從本示例提供的 .xml 文件中導入聚碳酸酯的屬性，此處使用該材料僅用于演示目的，但應使用適當的材料屬性。
3. 導入模型，其外觀將如圖 1 所示。
圖 1. 典型的無人機葉片
4. 將材料分配給幾何體。
5. 在葉片中心施加固定約束，如圖 2 所示。
圖 2. 固定約束
6. 施加 0.01MPa 的壓力，如圖 3 所示。
圖 3. 壓力載荷
7. 使用 5mm 的單元尺寸對模型進行網格劃分，然后求解分析。變形和應力云圖如圖 4 所示。
圖 4：總變形和應力云圖
總結
本示例展示了無人機葉片在壓力載荷下產生的變形和應力，可以將其與材料的許用值進行校核，以判斷葉片是否能承受該載荷。
【點擊下方查看案例視頻】
展開 
Ansys 案例研究 | 鈑金成型的回彈
將外部數據傳輸到“靜力結構”分析模式中。
3.3、創建一個外部數據組件。讀取應力與應變數據。將外部數據導入“靜態結構”分析的設置中。該過程會將初始應力與初始應變信息傳遞至靜態結構分析中。
4、進行回彈分析
4.1、在Mechanical中打開模型。
4.2、讀取所有導入數據。
4.3、為板材的左側邊緣定義一個固定邊界條件。
4.4、運行仿真。回彈后最終變形的等值線圖如圖5所示。
圖5 彈簧回彈后變形的等高線圖
總結：
本案例演示了如何利用顯式動力學和靜態結構分析進行鈑金回彈模擬的方法。數據導出與導入的概念與框架可適用于多種其他應用和分析類型。
掃碼觀看完整視頻
展開 探索結構分析的三種視角：準靜態、動態和瞬態分析
準靜態分析、動態分析和瞬態分析是工程領域中常用的三種分析方法，它們在研究物體受力響應時有不同的應用場景。
1. 準靜態分析
準靜態分析是一種在結構工程領域常用的數值仿真方法，主要用于分析結構在靜態或者準靜態加載條件下的行為。
準靜態分析是一種動態分析的特例，它考慮了時間，但是假設系統的響應相對緩慢，可以在一定時間范圍內近似為靜態問題。結構響應是相對較慢加載下的位移和應力分布。
在準靜態分析中，我們假設加載作用在結構上的時間相對較長，因此結構的響應可以近似為靜態狀態。這意味著在分析過程中，我們不考慮加載的瞬時效應和動態響應，而只關注結構在加載下的靜態變形和應力分布。
準靜態分析的基本概念包括：
1）靜態平衡：
在準靜態分析中，結構被認為處于靜態平衡狀態。這意味著所有受力和受力點的力矩都平衡，從而結構不會運動或旋轉。在這種情況下，結構內部的應力和變形可以通過解靜力學方程得到。
2）加載時間相對較長：
準靜態分析假設結構在加載下的響應相對緩慢，即加載時間相對較長。這種假設使得我們可以忽略瞬時加載引起的慣性效應和動態效應，集中精力分析結構在穩定加載條件下的響應。
3）不考慮加速度效應：
與動態分析不同，準靜態分析不考慮結構加速度和相關效應。這樣簡化的假設使得分析問題的復雜度大大降低，適用于很多實際工程問題。
4）時間因素的忽略：
在準靜態分析中，時間被認為是一個常數，不是一個變量。這就意味著分析是基于結構的幾何和材料屬性，而不是隨時間變化的。這樣，我們可以將時間因素從分析中剝離出來，使得問題更容易處理。
5）適用范圍：
準靜態分析通常適用于那些加載速度相對較慢，可以近似為靜態的結構問題。例如，建筑物的靜力分析、一般機械零部件的穩定性分析等都可以使用準靜態分析方法。
2.
展開 【免費下載】ANSYS Workbench 幾何、網格、結構和熱分析（原安世亞太工程師自譯）中文培訓教程
視頻7主要內容
1 一般模態：導入幾何模型；材料參數；結構約束；模態提取階數；頻率提取區間；固有頻率與振動形態；模態參與因子與有效質量；模態求解器與適用條件
2 預應力模態：靜態結構應力分析；帶預應力的模態分析；有無預應力的固有頻率比較
3 參數化分析：預應力模態中載荷大小對固有頻率的影響；輸入參數與輸出參數；參數管理器； 批量求解；各參數結果對比曲線
視頻8主要內容
分析流程；歐拉臨界力=外載荷*載荷乘子；考慮自重的屈曲臨界力迭代計算；舉一反三(借助參數化分析)
視頻9主要內容
云圖顯示比例；等值面；上下限等值面；平滑云圖；等值線；顯示/隱藏網格；矢量圖；云圖結果指針；數據抽取指針；切片；多窗口；結果坐標系；路徑結果；誤差評估；報告生成器；導出節點解文件；接觸后處理工具
視頻10主要內容
(復習)劉老師一次完整的分析操作；快速導入幾何模型的技巧；命名選擇集；圖層選擇技巧
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展開 Ansys Workbench結構分析基礎培訓
【培訓講師】 上海安世亞太結構技術專家
【培訓時間】 2023年3月15日~3月17日
【培訓費用】 4500元/人
【培訓等級】 初級
【培訓地點】 上海安世亞太公司，上海市浦東新區平家橋路36號晶耀前灘5號樓9樓（地鐵6/8/11號線東方體育中心站4號口出）
【培訓特色】
—— 精品小班課，資深工程師授課
—— 項目經驗豐富，精準匹配行業
—— 理論與上機結合，教學質量有保障
—— 真實案例教學，貼合企業實際需求
—— 設立分級課程，循序漸進培養仿真能力
—— 安世亞太官方培訓證書，豐富職業履歷
【培訓日程】
第一天：
ANSYS Workbench介紹
Workbench結構分析基本過程
SCDM幾何建模
SCDM幾何模型修補及簡化
第二天：
通用前處理
——幾何
——接觸
——坐標系系統
——命名選擇
網格劃分技術和使用技巧
——總體設置
——局面設置
——虛拓撲
第三天：
靜態結構分析
——裝配體–實體接觸
——分析設置
——載荷及約束
結果后處理
CAD 及參數優化
案例講解
【報名方式】
關注上海安世亞太微信公眾號
回復【JS三月】即可報名
【小貼士】
本次課程有上機操作環節，我們會準備好電腦與軟件；若報名人數超額，則需部分學員攜帶自己的電腦，我們會為您裝好試用軟件。
本次課程含工作午餐，不含其他食宿費用。
關注“上海安世亞太”微信公眾號，掌握最新資訊。
課程報名及咨詢：021-58403100-816（程女士），E-Mail：sh.marketing@peraglobal.com
展開 基于CAE技術的運動型多功能車整車結構靜態與動態響應分析
基于CAE技術的運動型多功能車整車結構靜態與動態響應分析
葉片熱結構耦合分析
熱結構耦合處理
穩態熱使用默認的分析設置來求解。完成后返回項目操做界面，通過拖拽將Static Structural與Steady-State Thermal模塊進行關聯。
圖 12：熱固耦合流程
完成后返回Mechanical的操做界面，在Static Structural模塊中，選擇Imported Load (B6)下的Imported Body Temperature并進行更新，出現如下圖所示的溫度云圖。即在靜力學分析模塊中，將溫度載荷作為分析的初始條件進行靜力學分析。
將葉片的上下端面均采用固定約束，靜態結構分析使用默認的分析設置來求解。上圖顯示了固體區域的溫度分布。正如預期的那樣，葉片在孔附近更冷。
下面兩幅圖分別顯示了流體和固體表面的溫度。流體溫度從入口到出口升高。固體表面溫度也有相似的變化趨勢。
圖 13：流體溫度
圖 14：固體溫度
下一個圖顯示了固體區域的馮米塞斯應力。最大應力發生在J孔內。
當執行類似類型的分析時，考慮以下提示和建議：
定義為熱流體模型的線體對象可用于計算流體與固體之間的熱流體傳熱。通過對渦輪葉片冷卻通道的對流換熱進行模擬，證明了該特性的易用性。
當在分析中包含有對流通道的固體區域時，在用線體對通道建模時，應該使用固體區域的低階單元。使用高階表面效應元件有時會導致不切實際的溫度分布。
展開 為什么要進行流固耦合仿真
2雙向流固耦合
雙向流固耦合分析是指數據交換是雙向的，也就是既有流體分析結果傳遞給固體結構分析，又有固體結構分析的結果（如位移、速度和加速度）反向傳遞給流體分析。此類分析多用于流體和固體介質密度比相差不大或者高速、高壓下，固體變形非常明顯以及其對流體的流動造成顯著影響的情況。
常見的分析有擋板在水流中的振動分析、血管壁和血液流動的耦合分析、油箱的晃動和振動分析等。
一般來講，對大多數耦合作用現象，如果只考慮靜態結構性能，采用單向耦合分析便足夠，但是如果要考慮振動等動力學特性，雙向耦合分析必不可少，也就是說雙向耦合分析很多是為了解決振動和大變形問題而進行的，最典型的例子莫過于深海管道的激振問題。同理，如前所述，塔吊在強風中的靜態結構分析屬于單向耦合分析，但是如果考慮塔吊在強風中的振動情況，就需要采用雙向耦合進行分析。
展開 
基于無網格仿真技術的特種車體結構分析
靜態分析工況下，兩種方法計算得到的車體應力分布情況如圖6所示，可以看出靜態分析下，兩種分析方法車體的應力分布情況具有很好的一致性，有限元方法中靜態分析的最大應力為99.7 MPa，無網格方法中靜態分析的最大應力為97.2 MPa，以有限元中仿真分析結果為參考，車體靜態分析最大應力值的相對誤差為2.5%，最大絕對誤差為2.5 MPa。
表2 車體前6階模態分析結果對比
圖6 車體靜態分析對比
2.4 車體結構動態分析計算對比
車體結構的動態分析工況下，約束車體兩側第5平衡軸支座6個方向的自由度，在車體左側第1平衡軸支座處添加垂直向上的8g沖擊加速度，在車體右側第1平衡軸支座處添加垂直向下的8g沖擊加速度。圖7給出了車體動態工況邊界條件及沖擊加速度隨時間變化的曲線。
圖7 車體動態分析工況邊界條件
動態分析工況下，有限元方法和無網格方法計算得到的車體最大應力幅值以及整體應力分布狀態均比較一致，計算結果如圖8所示。其中，有限元方法計算得到車體的最大應力為190 MPa，無網格方法計算得到的車體最大應力為193.6 MPa，車體動態分析最大應力值的相對誤差為1.9%，最大絕對誤差為3.6 MPa。
圖8 車體動態分析對比
2.5 仿真計算效率對比
圖9給出了車體結構仿真的無網格方法和有限元方法在計算時間上的對比。從圖中數據可以看出，完成車體結構的上述建模及仿真分析工作，有限元方法所用的總時間為34 h，而采用無網格方法時，所用的總時間為7 h，所節省的時間主要用于有限元模型的前處理工作。因此，可以看出無網格方法在完成相同工作的結構分析時，要比采用傳統有限元方法效率更高。
展開 基于MSC Apex的電廠框架結構靜態仿真
背景與挑戰
在工程中，有限元法（FEM）是用來評估薄壁結構性能的一種常用分析方法，建立薄壁結構的有限元模型涉及到中面模型的抽取和殼單元網格劃分。一般來說，創建有限元模型往往需要幾個小時至幾天，非常耗時。幸運的是，使用MSC Apex軟件創建有限元模型，與其他傳統的CAE前后處理器相比，可以更快地幫助生成中面模型，除此之外在MSC Apex中還可以進行強度分析。
解決方案
圖1為原始模型，有許多部件具有薄
壁結構的特征。通過使用MSC Apex的“中間面”功能，可以在幾秒鐘內創建整個模型的中面模型。此外，在“延伸面”的幫助下，自動縫合邊緣?！把由烀妗蔽床东@的少數剩余邊可以通過手動拖拽邊緣進行連接，最后用殼單元對中面模型進行網格劃分。
圖 1：左側: 原始實體模型, 右側: 中面模型
對于薄壁結構，與實體網格相比，殼網格用更少的單元可以產生更精確的結果。為了顯示網格細節，將頂部整個網格模型的右側的一部分放大顯示，如圖2所示。
圖 2：網格
隨后定義材料參數，線性靜力分析只需要楊氏模量和泊松比，壁厚可以手動指定，也可以通過識別原始幾何模型自動獲取。對于本例的邊界條件，將十個支柱的底部作為完全固定約束，并考慮電廠冷卻水壓力，管上內表面施加0.74 MPa的壓力，所有邊界條件如圖3所示。然后運行仿真計算，通過MSC Apex Structures使用基于MSC Nastran技術的集成求解器。
展開 設計仿真 | 基于MSC Apex的電廠框架結構靜態仿真
背景與挑戰
在工程中，有限元法(FEM)是用來評估薄壁結構性能的一種常用分析方法，建立薄壁結構的有限元模型涉及到中面模型的抽取和殼單元網格劃分。一般來說，創建有限元模型往往需要幾個小時至幾天，非常耗時。幸運的是，使用MSC Apex軟件創建有限元模型，與其他傳統的CAE前后處理器相比，可以更快地幫助生成中面模型，除此之外在MSC Apex中還可以進行強度分析。
解決方案
圖1為原始模型，有許多部件具有薄壁結構的特征。通過使用MSC Apex的“中間面”功能，可以在幾秒鐘內創建整個模型的中面模型。此外，在“延伸面”的幫助下，自動縫合邊緣?！把由烀妗蔽床东@的少數剩余邊可以通過手動拖拽邊緣進行連接，最后用殼單元對中面模型進行網格劃分。
圖 1: 左側: 原始實體模型, 右側: 中面模型
對于薄壁結構，與實體網格相比，殼網格用更少的單元可以產生更精確的結果。
展開 基于MeshFree的鋼結構理論解與仿真分析
本文利用經典簡支梁模型，分別利用NASTRAN、MeshFree計算了梁的最大撓度，并與經典理論解進行對比分析。簡支梁模型及參數如下圖所示：
模型尺寸：5*2.5*150；材質：鋼，彈性模量=200000MPa，泊松比=0.3。
邊界條件：兩端簡支；橫向均勻載荷1MPa
模型結果
基于meshfree的計算結果如下圖所示，最大撓度為5.05。
有限元模型單元采用solid，基本尺寸為2.5，基于NASTRAN的結果如下圖所示，最大值為5.08。
將上述的結果匯總如下：
結果討論
基于上面的對比分析可知：
①在本文的討論范圍內，對于靜態的結構分析，meshfree的計算精度達到傳統有限元的水平；
②本人對meshfree的操作體驗，界面友好，簡單快捷，后處理高效方便。
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